高纯纳米SiC粉体的糖碳转化绿色制造及其介电响应特性研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:51902067
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:26.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E0204.结构陶瓷
- 结题年份:2022
- 批准年份:2019
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2020-01-01 至2022-12-31
- 项目参与者:--
- 关键词:
项目摘要
As the direct raw material for high-performance SiC materials, the nanosized SiC powders with high purity have important scientific significance and engineering value for promoting the research, development and application of advanced SiC materials in many fields. The product grade upgrade and green low-cost manufacturing are the focus of research and development of this type of materials. This project will aim at these core problems and conduct the study on the optimization design and implementation method of preparation process for nanosized SiC powders with high purity. The novel method of carbohydrate-carbon conversion will be proposed to prepare carbohydrate-carbon shell on nanosized SiO2 surface in a green low-cost, quick and tunable way. The main controlling factors of nanosized SiO2 powders-carbohydrate solution with high solid content, low viscosity, great fluidity and stable dispersion will be revealed via the control on rheological properties of nanosized SiO2 powders-carbohydrate solution. The in-situ transformation mechanism of carbohydrate-carbon shell on nanosized SiO2 surface under hydrothermal condition will be elucidated, and the accurate control on composition and microstructure of SiO2- carbohydrate-carbon core-shell structure in a three-dimensional space could be achieved. The in-situ growth mechanism of nanosized SiC with high purity would be also uncovered during the pyrolysis process, and the optimization of preparation process for nanosized SiC powders with high purity would be obtained. The cooperation of quality improvement with green low-cost manufacturing of nanosized SiC powders with high purity could be realized.
高纯纳米SiC粉体作为高性能SiC材料的直接原材料,对于推动先进SiC材料在多个领域的研发和应用具有重要的科学意义和工程价值,品质提升和绿色低成本制备是该类材料研发的重点。本项目将针对这一核心问题,开展高纯纳米SiC粉体制备工艺的优化设计与实现方法研究,提出绿色低成本、快速可控的糖-碳转化新方法制备纳米SiO2表面糖碳壳层,通过调控纳米SiO2粉体-糖溶液流变特性,获得具有高固相含量、低粘度、良好流动性和稳定分散性的纳米SiO2粉体-糖溶液的主控因素;揭示水热条件下纳米SiO2表面糖碳壳层的原位转化机理,实现糖碳壳层包覆SiO2核壳结构在三维空间上组分与微结构的精细调控,阐明热解过程中高纯纳米SiC粉体原位生长机制,优化高纯纳米SiC粉体制备工艺,实现高纯纳米SiC粉体的品质提升与绿色低成本制造协同。
结项摘要
高纯纳米SiC粉体作为高性能SiC材料的直接原材料,对于推动先进SiC材料在多个领域的研发和应用具有重要的科学意义和工程价值,品质提升和绿色低成本制备是该类材料研发的重点。本项目针对这一核心问题,开展了高纯纳米SiC粉体制备工艺的优化设计与实现方法研究,首次提出了以碳包覆SiO2核壳结构为原料、碳热还原法制备纳米SiC粉体。主要研究结果如下:①揭示了具有高固相含量、良好流动性和稳定分散性的纳米SiO2粉体-糖溶液的主控因素,建立了纳米SiO2粉体-糖溶液流变特性调控方法,优选来源广泛、价格低廉葡萄糖作为原料,配置得到了糖液浓度为10wt.%,固相含量为5wt.%的高稳定纳米SiO2粉体-糖溶液,稳定时间超过48h;②阐明了水热条件下纳米SiO2表面糖碳壳层的原位转化机理,揭示了水热温度、pH值、糖液浓度、水热时间等反应参数对纳米SiO2粉体表面糖碳壳层形貌的影响规律,优选水热温度160℃、pH=7、糖液浓度10wt.%作为水热反应参数,通过对水热时间进行控制,实现了糖碳包覆SiO2核壳结构在三维空间上组分与微结构的精细调控;③阐明了碳热还原反应中从糖碳包覆SiO2核壳结构向纳米SiC粉体转变机制,揭示了碳热还原反应中反应温度和反应气氛对制备纳米SiC粉体的影响规律,优化了纳米SiC粉体制备工艺,在反应温度为1500℃、反应气氛为真空的条件下制备得到了纯度大于98%、粒径均匀、形貌近球形的高品质纳米SiC粉体,成本约5000元/kg,实现了纳米SiC粉体的品质提升与绿色低成本制造协同,通过调控原料纳米SiO2粉体的粒径,制备得到了粒径可控的纳米SiC粉体并揭示了粒径对其介电响应特性的影响规律,为纳米SiC粉体在高新技术领域的应用奠定了基础。本项目制备的高纯纳米SiC粉体已成功应用于团队研制的新型轻质防隔热复合材料,成功助力某型高速飞行器圆满完成首次飞行演示验证任务。
项目成果
期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
Hollow carbon microspheres modified with NiCo2S4 nanosheets as a high-performance microwave absorber
NiCo2S4纳米片改性的中空碳微球作为高性能微波吸收体
- DOI:10.1007/s42114-021-00318-w
- 发表时间:2021-08-06
- 期刊:ADVANCED COMPOSITES AND HYBRID MATERIALS
- 影响因子:20.1
- 作者:Hu, Peitao;Dong, Shun;Hong, Changqing
- 通讯作者:Hong, Changqing
Constructing hydrothermal carbonization coatings on carbon fibers with controllable thickness for achieving tunable sorption of dyes and oils via a simple heat-treated route
在碳纤维上构建厚度可控的水热碳化涂层,通过简单的热处理途径实现染料和油的可调吸附
- DOI:10.1016/j.jcis.2019.10.047
- 发表时间:2020
- 期刊:Journal of Colloid and Interface Science
- 影响因子:9.9
- 作者:Juntao Song;Wenbo Han;Shun Dong;Cheng Fang;Yehong Cheng;Dazhao Liu;Xinghong Zhang
- 通讯作者:Xinghong Zhang
Synthesis, properties, and multifarious applications of SiC nanoparticles: A review
SiC 纳米颗粒的合成、性能和多种应用:综述
- DOI:10.1016/j.ceramint.2021.12.208
- 发表时间:2022-02-26
- 期刊:CERAMICS INTERNATIONAL
- 影响因子:5.2
- 作者:Wang, Yiyuan;Dong, Shun;Zhang, Xinghong
- 通讯作者:Zhang, Xinghong
Influence of hydrothermal carbon coating on the properties of CF/ZrB2/ SiBCN prepared by slurry injection
水热碳涂层对注浆制备CF/ZrB2/SiBCN性能的影响
- DOI:10.1016/j.jeurceramsoc.2020.08.019
- 发表时间:--
- 期刊:Journal of the European Ceramic Society
- 影响因子:5.7
- 作者:Fang Cheng;Hu Ping;Dong Shun;Feng Jiaxin;Xun Liancai;Zhang Xinghong
- 通讯作者:Zhang Xinghong
Construction of carbon nanorods supported hydrothermal carbon and carbon fiber from waste biomass straw for high strength supercapacitor
利用废弃生物质秸秆构建碳纳米棒支撑的热液碳和碳纤维,用于高强度超级电容器
- DOI:10.1016/j.jcis.2020.07.139
- 发表时间:2021-01-15
- 期刊:JOURNAL OF COLLOID AND INTERFACE SCIENCE
- 影响因子:9.9
- 作者:Fang, Cheng;Hu, Ping;Zhang, Xinghong
- 通讯作者:Zhang, Xinghong
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- 作者:李志杰;曾聪;杨善;董顺
- 通讯作者:董顺
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